专利名称：发动机驱动式热泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有相对于室外热交换器及吸入路径并联连接的废热回收路径的发动机驱动式热泵的制热运转时的过热度的控制技术。
背景技术：
具有由发动机驱动的压缩机和在制热运转时将发动机废热回收到制冷剂的废热 回收器的发动机驱动式热泵已经公知。日本特开2006-250438号公报中公开的发动机驱动 式热泵为在与吸入路径连通的情况下相对于成为蒸发器的室外热交换器及吸入路径并联 连接废热回收器的制冷剂回路构成，通过室外热交换膨胀阀控制从吸入路径和废热回收路 径合流后到压缩机吸入侧的过热度。但是，日本特开2006-250438号公报中公开的发动机驱动式热泵，在将室外热交 换器作为主蒸发器使用的前提下，控制室外热交换器用膨胀阀，但根据大气温度或制热负 荷，在室外热交换器为主蒸发器时，可能难以确保室外和室内的热交换量的平衡。
发明内容
本发明的课题在于，提供一种通过大气温度或制热负荷能够选择最佳的主蒸发器 的发动机驱动式热泵。本发明提供一种发动机驱动式热泵，在室外热交换器作为蒸发器起作用的情况下 相对于该室外热交换器并联连接废热回收器，其中，相对于所述情况的室外热交换器及废 热回收器并联连接过冷却器，将第一膨胀阀设于所述情况的室外热交换器的入口部并将该 室外热交换器出口部的过热度构成为控制目标，将第二膨胀阀设于所述废热回收器的入口 部并将该废热回收器出口部的过热度构成为控制目标，将第三膨胀阀设于所述过冷却器的 入口部并将该过冷却器出口部的过热度构成为控制目标，将在压缩机吸入路径中、所述情 况的室外热交换器出口侧路径、所述废热回收器出口侧路径及所述过冷却器出口侧路径的 合流点之后的过热度设为吸入过热度，设为能够替换所述第一膨胀阀、所述第二膨胀阀、及 所述第三膨胀阀各自的所述过热度，将该吸入过热度选择作为控制目标的构成，将该吸入 过热度选择作为所述第一膨胀阀的控制目标，所述三种膨胀阀中剩余的两种以各自的出口 部的过热度为控制目标。本发明的发动机驱动式热泵中，优选的是，在大气温度低于规定温度的情况下，将 所述吸入过热度选择作为所述第二膨胀阀的控制目标，所述三种膨胀阀中剩余的两种以各 自的出口部的过热度为控制目标。本发明的发动机驱动式热泵中，优选的是，在制热负荷小于规定负荷的情况下，将 所述吸入过热度选择作为所述第三膨胀阀的控制目标，所述三种膨胀阀中剩余的两种以各 自的出口部的过热度为控制目标。根据本发明的发动机驱动式热泵，通过大气温度或制热负荷能够选择最佳的主蒸 发器。
图1是表示本发明的发动机驱动式热泵的整体构成的制冷剂回路构成图。
图2是表示本发明的E⑶的构成的框图。图3是表示本发明的制热运转时的各膨胀阀的控制目标的过热度的图表。
具体实施例方式使用图1对本发明的发动机驱动式热泵1的构成进行说明。发动机驱动式热泵1由一台室外机70和多台室内机71构成。在以下的实施方式 中，为便于说明，对于一台室外机70连接有一台室内机71。发动机驱动式热泵1将如下构件连接而构成由发动机(图示略)驱动而压缩制 冷剂的压缩机2 ；在制冷运转时及制热运转时切换压缩机2的排放侧及吸入侧的连接点的 四通阀3;室外热交换器11 ；室内热交换器15;第一膨胀阀31，其设于将室外热交换器11及 室内热交换器15的各自的液体管路侧连接的路径中；贮存通过室外热交换器11或室内热 交换器15冷凝了的液体制冷剂的贮藏罐6。在制冷运转时，利用四通阀3将压缩机2的排放侧与室外热交换器11连接，将压 缩机2的吸入侧与室内热交换器15连接，室外热交换器11作为冷凝器起作用，室内热交换 器15作为蒸发器起作用。在制热运转时，通过四通阀3将压缩机2的排放侧与室内热交换 器15连接，将压缩机2的吸入侧与室外热交换器11连接，室内热交换器15作为冷凝器起 作用，室外热交换器11作为蒸发器起作用。第一膨胀阀31是用于控制室外热交换器11作 为蒸发器起作用时的吸入室外热交换器11的出口部、即向压缩机2吸入的制冷剂的过热度 的流量调节阀。排放路径20是将压缩机2的排放侧和四通阀3连接的路径。在排放路径20设有 用于将气体制冷剂中包含的冷冻机油分离并使其返回压缩机2的吸入侧的油分离器8。吸入路径21是连接压缩机2的吸入侧和四通阀3的路径。低压压力传感器55及 室外热交换出口温度传感器41被设于吸入路径21。在此，在吸入路径21的合流点Jl合流 后述的废热回收路径22。吸入温度传感器40被设于从合流点Jl到压缩机2的吸入侧的路 径。废热回收路径22是在贮藏罐6的出口处与连接于室外热交换器11的液体管路侧 的路径分支、并与通过室外热交换器11的路径并列地连接向吸入路径21的路径。在废热 回收路径22上，从与通过室外热交换器11的路径的分支点朝向与吸入路径的合流点Jl依 次设有第二膨胀阀32、废热回收器12。通过废热回收器12的双点划线表示发动机冷却水 的流向。在废热回收路径22的合流点J2合流后述的过冷却路径23。废热回收出口温度传 感器42设置在从废热回收器12的出口部到合流点J2之间。过冷却路径23是在贮藏罐6的出口处与通过室外热交换器11的路径、上述废热 回收路径22分支并与这些路径并列地连接向吸入路径21的路径。在过冷却吸入路径23 上，从与通过室外热交换器11的路径等的分支点朝向与废热回收路径22的合流点J2依次 设置有第三膨胀阀33、过冷却器13。过冷却出口温度传感器43设置在从过热冷却13的出 口部到合流点J2之间。
对这样的制冷剂回路构成的制热运转时的制冷剂举动进行说明。在制热运转时，四通阀3将吸入路径21和室外热交换器11连通(参照图1)。 由压缩机2压缩并排放的高温、高压的气体制冷剂经由四通阀3被送到室内热交 换器15，在该室内热交换器15中向由室内风扇62送风的室内空气散热而由此被冷凝，该冷 凝热向室内的空气中散热，对室内的空气进行保温。在此，气体制冷剂成为液体制冷剂。而 且，液体制冷剂流入贮藏罐6内，到达作为室外热交换膨胀阀起作用的第一膨胀阀31，由该 第一膨胀阀31急速减压，形成容易蒸发的气液混合制冷剂，被导向室外热交换器11。该室 外热交换器11为蒸发器，气液混合制冷剂从室外的空气中获取蒸发热而成为气体制冷剂。 而且，经由室外热交换器11气化了的气体制冷剂经过四通阀3且通过吸入路径21被吸入 压缩机2进行压缩后，再次被排放。在此，对制热运转时的废热回收路径22及过冷却路径23的制冷剂举动进行说明。从贮藏罐6分支的液体制冷剂在废热回收路径22由作为废热回收膨胀阀起作用 的第二膨胀阀32急速减压，形成容易蒸发的气液混合制冷剂并被导入废热回收器12。在 此，废热回收器12也成为蒸发器，气液混合制冷剂从发动机废热获取蒸发热而成为气体制 冷剂。气体制冷剂在合流点Jl与吸入路径21合流，被压缩机2吸入并进行压缩后，再次被 排放。另一方面，从贮藏罐6分支的液体制冷剂在过冷却路径23由作为过冷却膨胀阀起 作用的第三膨胀阀33急速减压，形成容易蒸发的气液混合制冷剂并被导向设于贮藏罐6内 的过冷却器13。该过冷却器13也成为蒸发器，气液混合制冷剂从贮藏罐6内的液体制冷剂 获取蒸发热而成为气体制冷剂。气体制冷剂在合流点J2与废热回收路径22合流，在合流 点Jl与吸入路径21合流，被压缩机2吸入并进行压缩后，再次被排放。使用图2对Electronic Control Unit (电子控制单元，以下称作ECU) 10的构成 进行说明。E⑶10将低压压力传感器55、吸入温度传感器40、室外热交换出口温度传感器41、 废热回收出口温度传感器42、过冷却出口温度传感器43、及大气温度传感器45与第一膨胀 阀31、第二膨胀阀32、及第三膨胀阀33连接而构成。使用图1及图2对各过热度的控制构成进行说明。制热运转时的室外热交换器11的出口部的过热度即室外热交换过热度SHl (以下 称作过热度SHl)通过由室外热交换出口温度传感器41检测的室外热交换出口温度Tl、和 由低压压力传感器55检测的低压压力LP的饱和相当温度Te (以下称作蒸发温度Te)的温 度差求出。以该温度差收敛于规定范围为控制目标，进行第一膨胀阀31的开度调节。制热运转时的废热回收器12的出口部的过热度即废热回收过热度SH2(以下称作 过热度SH2)通过由废热回收出口温度传感器42检测的废热回收出口温度T2、和蒸发温度 Te的温度差求出。以该温度差收敛于规定范围为控制目标，进行第二膨胀阀32的开度调 节。制热运转时的过冷却器13的出口部的过热度即过冷却过热度SH3(以下称作过热 度SH3)通过由过冷却出口温度传感器43检测的过冷却出口温度T3、和蒸发温度Te的温度 差求出。以该温度差收敛于规定范围为控制目标，进行第三膨胀阀33的开度调节。从合流点Jl到压缩机2的吸入侧的过热度即吸入过热度SHO (以下称作过热度SHO)通过由吸入温度传感器40检测的吸入管温度TO和蒸发温度Te的温度差求出。吸入过热度SHO是被压缩机2吸入的制冷剂的最终的过热度，为防止压缩机2的 液体压缩，需要以成为正的值的方式调节第一膨胀阀31、第二膨胀阀32、第三膨胀阀33的 各开度。本实施方式中，如后述根据蒸发能力或冷凝能力将上述三种膨胀阀的控制目标替 换为各自的上述目标，并以吸入过热度SHO收敛于规定范围为控制目标进行选择。另外，在本实施方式中，以吸入过热度SHO收敛于5 8度(deg)的方式调节第一 膨胀阀31、第二膨胀阀32、第三膨胀阀33的各开度。
另外，大气温度Ta由设于室外热交换器11附近的大气温度传感器45检测。使用图3对制热运转时的各过热度的控制进行说明。图3中，对应于蒸发能力Δ Te 及制热能力Δ Tc，表示第一 第三膨胀阀31 33的控制目标的各过热度。本实施方式中，根据由大气温度Ta或室内机71的工作台数η、工作时期或设置场 所决定的制热需求即冷凝能力△ Tc，分配使用以室外热交换器11、废热回收器12、及过冷 却器13中的哪一个热交换器为主蒸发器。在此，主蒸发器是指在制热运转中，将以过热度SHO为控制目标的膨胀阀设于入 口侧的热交换器。另外，在本实施方式中，作为大气温度Ta和蒸发温度Te的差即蒸发能力ATe，分 配使用控制过热度的膨胀阀。在蒸发能力ATe为5°C以上的情况下，将第一膨胀阀31的控制目标从过热度SHl 切换为SH0。另一方面，第二膨胀阀32的控制目标仍保持为过热度SH2，第三膨胀阀的控制 目标仍保持为过热度SH3。此时，主要进行第一膨胀阀31的开度调节，室外热交换器11作 为主蒸发器起作用。这样，例如在需要宽范围的制热能力的状况下，由于能够将室外热交换器11作为 主蒸发器使用，所以能够对应各种制热需求。在蒸发能力Δ Te不足5°C的情况下，将第二膨胀阀32的控制目标从过热度SH2切 换为过热度SH0。另一方面，第一膨胀阀31的控制目标仍保持为过热度SH1，第三膨胀阀的 控制目标仍保持为过热度SH3。此时，由于难以与大气进行热交换，所以主要进行第二膨胀 阀32的开度调节。这样，在由于大气温度Ta低，故而蒸发能力Δ Te变低，将室外热交换器11作为蒸 发器使用困难的状况下，由于能够将与发动机废热进行热交换的废热回收器12作为主蒸 发器使用，所以能够长期持续进行制热运转。另外，由于避免了以过热度SHl为控制目标进 行开度调节的膨胀阀在第一膨胀阀31和第二膨胀阀32之间频繁地切换，所以也可以对阈 值5°C设定滞后量α。即，在将以过热度SHO为控制目标的膨胀阀从第一膨胀阀31向第二 膨胀阀32切换时，设为5-α °C，在从第二膨胀阀32向第一膨胀阀31切换时，设为5+α °C。另外，在蒸发能力ATe比冷凝能力Δ Tc大很多时，例如在室内机71的工作台数 η为规定台数以下的情况下，将第三膨胀阀33的控制目标从过热度SH3切换为过热度SH0。 另一方面，第一膨胀阀31的控制目标仍保持为过热度SH1，第二膨胀阀的控制目标仍保持 为过热度SH2。此时，仅与大气进行热交换时，过热度SHO变得过大，通过对第三膨胀阀33 进行开度调节，使比过热度SHO低的过热度SH2的制冷剂经合流点J2及Jl合流，由此使过 热度SHO收敛于规定范围。
这样，即使在仅与大气进行热交换时蒸发能力过剩的情况下，由于通过过冷却器13实现吸入过热度的温度降低，所以能够长期持续进行制热运转。特别是在春、秋的中间期间，可以考虑到大气温度Ta高，另一方面，多台被连接了 的室内机71中的工作台数η少，因此，与蒸发能力ATe相比冷凝能力ATc非常小的状况。 这样的情况下，将第三膨胀阀33的控制目标作为过热度SH0，并利用通过过冷却器13的制 冷剂实现吸入过热度的温度降低。这样，即使在蒸发能力Δ Te与冷凝能力Δ Tc相比非常大的状况下，也能够通过过 冷却器13抑制室外热交换器11的过剩蒸发能力，因此，能够进行制热运转。产业上的可利用性本发明能够利用于发动机驱动式热泵。
权利要求
一种发动机驱动式热泵，在室外热交换器作为蒸发器起作用的情况下，该发动机驱动式热泵相对于该室外热交换器并联连接废热回收器，其特征在于，相对于所述情况的室外热交换器及废热回收器并联连接过冷却器，将第一膨胀阀设于所述情况的室外热交换器的出口部并将该出口部的过热度构成为控制目标，将第二膨胀阀设于所述废热回收器的出口部并将该出口部的过热度构成为控制目标，将第三膨胀阀设于所述过冷却器的出口部并将该出口部的过热度构成为控制目标，将在压缩机吸入路径中、所述情况的室外热交换器出口侧路径、所述废热回收器出口侧路径及所述过冷却器出口侧路径的合流点之后的过热度设为吸入过热度，设为能够替换所述第一膨胀阀、所述第二膨胀阀、及所述第三膨胀阀各自的所述过热度，将该吸入过热度选择作为控制目标的构成，将该吸入过热度选择作为所述第一膨胀阀的控制目标，所述三种膨胀阀中剩余的两种以各自的出口部的过热度为控制目标。
2.如权利要求1所述的发动机驱动式热泵，其特征在于，在大气温度低于规定温度的情况下，将所述吸入过热度选择作为所述第二膨胀阀的控 制目标，所述三种膨胀阀中剩余的两种以各自的出口部的过热度为控制目标。
3.如权利要求1所述的发动机驱动式热泵，其特征在于，在制热负荷小于规定负荷的情况下，将所述吸入过热度选择作为所述第三膨胀阀的控 制目标，所述三种膨胀阀中剩余的两种以各自的出口部的过热度为控制目标。
全文摘要
本发明提供一种发动机驱动式热泵，能够通过大气温度或制热负荷选择最佳的主蒸发器。本发明的发动机驱动式热泵(1)在室外热交换器(11)作为蒸发器起作用的情况下相对于室外热交换器(11)并联连接废热回收器(12)，其中，相对于所述情况的室外热交换器(11)及废热回收器(12)并联连接过冷却器(13)，设定成能够替换第一膨胀阀(31)、第二膨胀阀(32)、及第三膨胀阀(33)的各自的过热度，将吸入过热度(SH0)选择作为控制目标的构成，将吸入过热度(SH0)选择作为所述第一膨胀阀(31)的控制目标，第二膨胀阀(32)、第三膨胀阀(33)以各自的出口部的过热度(SH2、SH3)为控制目标。
文档编号F25B1/00GK101960236SQ20098010819
公开日2011年1月26日 申请日期2009年3月23日 优先权日2008年3月24日
发明者成安弘树, 杉森启二 申请人:洋马株式会社